Bases químicas del medio ambiente

FACULTAD DE CIENCIAS EXPERIMENTALES
Departamento de Química Física y Analítica
Licenciado en Ciencias Ambientales (Plan 1998)
PROGRAMA DE LA ASIGNATURA:
CARÁCTER :
troncal
CURSO ACADÉMICO:
BASES QUÍMICAS DEL MEDIO AMBIENTE
CRÉDITOS TEÓRICOS:
2008/09
ÁREA DE CONOCIMIENTO:
CICLO:
1º
6.0
CURSO:
CRÉDITOS PRÁCTICOS:
1º
CUATRIMESTRE:
1.5
1º
QUÍMICA ANALÍTICA
DESCRIPTORES SEGÚN B.O.E.
Enlace químico y estructura de la materia. Disoluciones y reacciones. Química
analítica orgánica e inorgánica.
OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA
El objetivo esencial de esta asignatura es proporcionar al estudiante una
formación básica en los conceptos, modelos y razonamientos de la Química, a
fin de aplicarlos en casos diversos. La asignatura pretende sentar las bases
que permitan un completo conocimiento y comprensión de la naturaleza de los
procesos químicos que tienen lugar en el medio ambiente, que se estudiarán en
cursos superiores.
CONTENIDOS
El programa de teoría ha sido estructurado en cuatro bloques temáticos que se
desarrollan a continuación.
BLOQUE I: ESTRUCTURA ATÓMICA Y MOLECULAR
Tema 1.
ESTRUCTURA NUCLEAR DEL ÁTOMO
Relación masa-energía. Partículas fundamentales: electrón, protón y neutrón.
Número atómico y número másico. Isótopos. Procesos radioactivos. Cinética de
los procesos radioactivos. Fisión nuclear. Fusión nuclear.
Tema 2.
ESTRUCTURA EXTRANUCLEAR DEL ATOMO
Modelos atómicos clásicos. Concepto de espectro: espectro del átomo de
hidrógeno. Modelo cuántico de la estructura electrónica. Números cuánticos.
Configuración electrónica de los átomos.
Tema 3.
EL SISTEMA PERIÓDICO
Introducción histórica. Propiedades periódicas: radio atómico, volumen
atómico, radio iónico, energía de ionización, afinidad electrónica,
electronegatividad. Estados de oxidación y valencias. Carácter metálico. No
metales.
Tema 4.
EL ENLACE QUÍMICO
Introducción. Tipos de enlace químico. Enlace iónico: energía reticular.
Estructura cristalina. Ciclo de Born-Haber. Propiedades generales de los
compuestos iónicos. Enlace covalente: Teoría de enlace de valencia y teoría de
orbitales moleculares. Enlace metálico: Teoría del gas electrónico. Teoría de
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bandas. Enlaces intermoleculares: Fuerzas de Van der Waals y enlace de
hidrógeno.
BLOQUE II: TERMODINÁMICA DE SISTEMAS QUÍMICOS Y CINÉTICA QUÍMICA
Tema 5.
ESTEQUIOMETRÍA
Balanceado de ecuaciones químicas. Cálculos basados en reacciones
químicas.
Tema 6.
TERMODINÁMICA QUÍMICA
Primer Principio de la Termodinámica. Termoquímica. Entalpía de
reacciones. Segundo Principio de la Termodinámica: reversibilidad y
espontaneidad.
Tema 7.
ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA
Estado gaseoso. Ecuación de estado de los gases ideales. Gases reales.
Estado líquido. Estado sólido. Cambios de estado. Equilibrio líquido-vapor.
Tema 8.
DISOLUCIONES. PROPIEDADES DE LAS DISOLUCIONES
Introducción. Disoluciones. Naturaleza y tipo de disoluciones. Concentración
de las disoluciones. Solubilidad. Factores que la afectan. Distribución de un
soluto entre dos disolventes inmiscibles: disoluciones liquido-liquido.
Disolución de gases en líquidos. Ley de Henry. Propiedades de las
disoluciones. Propiedades coligativas. Coloides. Disoluciones de electrolitos.
Tema 9.
CINÉTICA QUÍMICA
Velocidad de reacción. Factores que afectan a la velocidad de reacción.
Orden de reacción. Interpretación de los factores que afectan a la velocidad
de reacción. Mecanismo de una reacción. Catálisis.
BLOQUE III: EQUILIBRIOS QUÍMICOS EN DISOLUCIÓN
Tema 10.
INTRODUCCIÓN AL EQUILIBRIO QUÍMICO
Concepto de equilibrio químico. Reacciones reversibles. Expresiones de
las constantes de equilibrio. Variación de la constante de equilibrio con la
temperatura: ecuación de Vant’Hoff. Factores que afectan al equilibrio:
principio de Le Chatelier.
Tema 11.
REACCIONES ÁCIDO-BASE
Evolución histórica del concepto ácido-base. Teoría de Brönsted y Lowry
sobre los equilibrios ácido base. Disociación del agua: concepto de pH. Fuerza
de ácidos y bases. Equilibrios que implican ácidos y bases débiles: constantes
de ionización. Cálculo del pH en disoluciones acuosas que implican ácidos y
bases. Cálculo del pH en disoluciones de sales: hidrólisis. Sustancias
anfipróticas. Disoluciones reguladoras del pH. Reacciones de neutralización.
Tema 12.
REACCIONES DE FORMACIÓN DE COMPLEJOS
Compuestos de coordinación: concepto y nomenclatura. Geometría. Iones
complejos en agua: consideraciones cinéticas y de equilibrio. Constantes de
formación de complejos. Influencia del pH en la estabilidad de los iones
complejos.
Tema 13.
REACCIONES DE ÓXIDO-REDUCCIÓN
Reacciones de transferencia de electrones: concepto de oxidación y
reducción. Ajuste de reacciones redox. Células electroquímicas. Potencial de
electrodo: electrodos de referencia y potencial estándar. Ecuación de Nerst.
Constante de equilibrio redox y cálculo del potencial de equilibrio. Factores
que afectan al potencial de un sistema redox.
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Tema 14.
REACCIONES DE PRECIPITACIÓN
Disoluciones saturadas y sobresaturadas: solubilidad, precipitación y
precipitado. Equilibrio de solubilidad: relación entre concentraciones
iónicas, solubilidad y producto de solubilidad. Factores que afectan a la
solubilidad: efecto del ión común y efecto salino. Redisolución de
precipitados. Precipitación fraccionada.
BLOQUE IV: INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL: ANÁLISIS VOLUMÉTRICO
Y GRAVIMÉTRICO
Tema 15.
METODOLOGÍA EN QUÍMICA ANALÍTICA
Objeto y finalidad de la Química Analítica. Química Analítica y Medio
Ambiente. El problema analítico. Etapas y operaciones básicas del proceso
analítico.
Tema 16.
INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS VOLUMÉTRICO Y GRAVIMÉTRICO
Conceptos generales. Clasificación de los métodos volumétricos. Curvas de
valoración. Sistemas indicadores del punto final. Errores de valoración.
Preparación de soluciones estándar. Instrumentos volumétricos. Ejemplos
seleccionados de aplicación en análisis ambiental de volumetrías de
neutralización, precipitación, redox y formación de complejos. Métodos
gravimétricos por precipitación. Cálculos en análisis gravimétrico.
ACTIVIDADES EN QUE SE ORGANIZA
- Exposición de las lecciones del programa teórico
- Resolución de problemas.
- Planteamiento de cuestiones y problemas a resolver por el alumno.
- Discusión con mayor amplitud tanto en el aula como en tutorías de algunos
de los aspectos expuestos en las lecciones de los programas y de las
cuestiones planteadas .
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA
REBOIRAS, M.D., “Química. La ciencia básica”, Thomson, Madrid, 2006.
LOZANO LUCEA, J.J. y VIGATA CAMPOS J.L., “Fundamentos de Química General”,
Alhambra Universidad, Madrid, 1989
OXTOBY, D.W. y NACHTRIEB, N.H., “Principles of Modern Chemistry”, Saunders
Collegue Publishing, Orlando, 1996.
HARVEY, D., “Química Analítica Moderna”, McGraw-Hill, Madrid, 2002.
SILVA, M. y BARBOSA, J., “Equilibrios Iónicos y sus Aplicaciones Analíticas”,
Síntesis, Madrid, 2002.
TEIJÓN, J.M., GARCÍA, J.A., JIMÉNEZ, Y., GUERRERO, I., “La Química en
Problemas”, Tebar Flores, Albacete, 1995.
YÁNEZ-SEDEÑO ORIVE, P., PINGARRÓN CARRAZÓN, J.M. y DE VILLENA RUEDA, F.J.M.,
“Problemas Resueltos de Química Analítica”, Síntesis, Madrid, 2003
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA
PETERSON, W.R., “Formulación y Nomenclatura: Química Inorgánica”, Edunsa,
Barcelona, 1990
PETERSON, W.R., “Formulación y Nomenclatura: Química Orgánica”, Edunsa,
Barcelona, 1989.
P. ANDER, H. J. SONNESSA, "Principios de Química. Introducción a los Conceptos
Teóricos", Ed. Limusa (1992).
HARRIS, D.C., “Análisis Químico Cuantitativo”, Reverté. Barcelona, 2001.
MANAHAN, S.E., “Fundamentals of Environmental Chemistry”, Lewis Publishers,
Boca Raton, Florida, 2001.
PINO PÉREZ, F. y VALCÁRCEL, M., “Equilibrios Iónicos en Disolución. Análisis
Volumétrico”, 2ª ed., Publicaciones de la Universidad de Sevilla-URMO, S.A.,
3
Bilbao, 1978.
BERMEJO, F., BERMEJO, A., PAZ, M. y PAZ, I., “1000 Problemas Resueltos de
Química General y sus Fundamentos Teóricos”, Paraninfo, Madrid, 1996.
BERMEJO MARTÍNEZ, F. y BERMEJO BARRERA, A., “Los Cálculos Numéricos en la
Química Analítica”, 4ª ed., Asociación Nacional de Químicos de España, Madrid,
1981.
GÓMEZ SIURANA, A., MENARGES IRLES, S., “Problemas de Química General”,
Secretariado de Publicaciones, Universidad de Alicante, Alicante, 1994.
HAMILTON, L.F., SIMPSON, S.S. y ELLIS, D.W., “Calculations of Analytical
Chemistry”, 7th ed., McGraw-Hill, New York (USA), 1988; “Cálculos en Química
Analítica”, 2ª ed., McGraw-Hill, México, 1982.
SMITH, R.N., PIERCE, C., “Resolución de Problemas de Química General”,
Reverté, Barceona, 1991.
VINAGRE JARA, F. y VÁZQUEZ DE MIGUEL, L.M., “Fundamentos y Problemas de
Química”, Alianza Editorial, Madrid, 1989.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Presentación de ejercicios por parte del alumno y tutelados por el profesor a
lo largo de la asignatura
Examen final que consta de una parte teorica con preguntas tipo test y una
parte práctica de resolución de ejercicios
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
30% Evaluación de trabajos realizados por el alumno y tutelados por el
profesor
70% Examen final.
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